精度超過(guò)原物倒模 3D掃描儀技術(shù)解析

為什么3D打印那么火？因?yàn)?D技術(shù)早已有之，火是市場(chǎng)趨勢(shì),，工業(yè)界尋找技術(shù)發(fā)力點(diǎn),，3D打印恰好符合條件，桌面式個(gè)人3D打印前景廣闊,，開(kāi)源技術(shù)基礎(chǔ)又讓準(zhǔn)入門(mén)檻大為降低,。綜合也都造成了目前火的景象。

可是相對(duì)3D掃描對(duì)大部分人來(lái)說(shuō)是一個(gè)陌生的詞語(yǔ),。最近MakerBot公司即將發(fā)布3D掃描產(chǎn)品,。這款產(chǎn)品是3D打印技術(shù)的一個(gè)衍生設(shè)備。作為3D打印機(jī)的眼神,，3D掃描有望獲得人們的青睞,。那么什么是3D掃描技術(shù)呢？3D掃描技術(shù)有哪些應(yīng)用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)呢,？和3D打印能否有所結(jié)合呢,？本文將全面系統(tǒng)的介紹，讓您更加了解3D掃描技術(shù),。

精度超過(guò)原物倒模 3D掃描儀技術(shù)解析

什么是3D掃描儀,？

三維掃描儀(3D scanner) 是一種科學(xué)儀器，用來(lái)偵測(cè)并分析現(xiàn)實(shí)世界中物體或環(huán)境的形狀(幾何構(gòu)造)與外觀資料(如顏色,、表面反照率等性質(zhì)),。搜集到的資料常被用來(lái)進(jìn)行三維重建計(jì)算，在虛擬世界中建立實(shí)際物體的數(shù)位模型,。這些模型具有相當(dāng)廣泛的用途,，舉凡工業(yè)設(shè)計(jì)、瑕疵檢測(cè),、逆向工程,、機(jī)器人導(dǎo)引、地貌測(cè)量,、醫(yī)學(xué)資訊,、生物資訊、刑事鑒定,、數(shù)位文物典藏,、電影制片、游戲創(chuàng)作素材等等都可見(jiàn)其應(yīng)用,。

3D掃描儀

三維掃描儀的制作并非仰賴(lài)單一技術(shù),，各種不同的重建技術(shù)都有其優(yōu)缺點(diǎn)，成本與售價(jià)也有高低之分,。目前并無(wú)一體通用之重建技術(shù),，儀器與方法往往受限于物體的表面特性,。例如光學(xué)技術(shù)不易處理閃亮(高反照率)、鏡面或半透明的表面,，而雷射技術(shù)不適用于脆弱或易變質(zhì)的表面,。

3D掃描儀示意圖

三維掃描儀可模擬為照相機(jī)，它們的視線范圍都體現(xiàn)圓錐狀,，信息的搜集皆限定在一定的范圍內(nèi),。兩者不同之處在于相機(jī)所抓取的是顏色信息，而三維掃描儀測(cè)量的是距離,。由于測(cè)得的結(jié)果含有深度信息,，因此常稱(chēng)之。

第2頁(yè)：3D掃描儀分類(lèi)

3D掃描儀分類(lèi)

三維掃描儀分類(lèi)為接觸式(contact)與非接觸式(non-contact)兩種,，后者又可分為主動(dòng)掃描(active)與被動(dòng)掃描(passive),，這些分類(lèi)下又細(xì)分出眾多不同的技術(shù)方法。使用可見(jiàn)光影像達(dá)成重建的方法,，又稱(chēng)做基于機(jī)器視覺(jué)(vision-based)的方式,，是今日機(jī)器視覺(jué)研究主流之一。

柯尼卡美能達(dá) RANGE7/RANGE5 非接觸式三維掃描儀

柯尼卡美能達(dá)非接觸式三維掃描儀RANGE7/RANGE5對(duì)不同外形輪廓的工業(yè)部件,，包括沖壓件,、加工件、模具,、成型件,、鑄件以及注塑件，瞬間掃描并將其轉(zhuǎn)換為三維數(shù)據(jù),。數(shù)據(jù)模型可以精確的在電腦屏幕上重現(xiàn),。使用選配應(yīng)用軟件，通過(guò)對(duì)比這個(gè)掃描數(shù)據(jù)和三維CAD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),，你就可以快速獲得軟件自動(dòng)導(dǎo)出的檢測(cè)報(bào)告,，包括全局誤差、界面誤差,、壁厚分配以及GD&T（幾何尺寸及公差）,。這使得制造工序中的工作速度以及產(chǎn)品質(zhì)量大大提高。

3D雷射掃描儀 可用于掃描建筑物

接觸式掃描：接觸式三維掃描儀透過(guò)實(shí)際觸碰物體表面的方式計(jì)算深度,，如座標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM, Coordinate Measuring Machine)即典型的接觸式三維掃描儀,。此方法相當(dāng)精確，常被用于工程制造產(chǎn)業(yè),，然而因其在掃描過(guò)程中必須接觸物體,，待測(cè)物有遭到探針破壞損毀之可能，因此不適用于高價(jià)值物件如古文物,、遺跡等的重建作業(yè),。此外，相較于其他方法接觸式掃描需要較長(zhǎng)的時(shí)間,，現(xiàn)今最快的座標(biāo)測(cè)量機(jī)每秒能完成數(shù)百次測(cè)量,，而光學(xué)技術(shù)如雷射掃描儀運(yùn)作頻率則高達(dá)每秒一萬(wàn)至五百萬(wàn)次。

非接觸被動(dòng)式掃描：被動(dòng)式掃描儀本身并不發(fā)射任何輻射線(如雷射),，而是以測(cè)量由待測(cè)物表面反射周遭輻射線的方法,，達(dá)到預(yù)期的效果。由于環(huán)境中的可見(jiàn)光輻射,，是相當(dāng)容易取得并利用的,，大部分這類(lèi)型的掃描儀以偵測(cè)環(huán)境的可見(jiàn)光為主。但相對(duì)于可見(jiàn)光的其他輻射線,，如紅外線,，也是能被應(yīng)用于這項(xiàng)用途的。因?yàn)榇蟛糠智闆r下,，被動(dòng)式掃描法并不需要規(guī)格太特殊的硬件支援,，這類(lèi)被動(dòng)式產(chǎn)品往往相當(dāng)便宜。非接觸被動(dòng)式掃描包括：立體視覺(jué)法(Stereoscopic),、色度成形法(Shape from Shading),、立體光學(xué)法(Photometric Stereo)和輪廓法等�,！　�

非接觸主動(dòng)式掃描：主動(dòng)式掃描是指將額外的能量投射至物體,，借由能量的反射來(lái)計(jì)算三維空間資訊。就是像物體投射特定的光,，其中代表技術(shù)激光線式的掃描,，精度比較高，但是由于每次只能投射一條光線,，所以掃描速度慢,。另外，由于激光會(huì)對(duì)生物體以及比較珍貴的物體造成傷害,，所以不能應(yīng)用于某些特定領(lǐng)域,。常見(jiàn)的投射能量有一般的可見(jiàn)光、高能光束,、超音波與 X 射線,。非接觸主動(dòng)式掃描包括：時(shí)差測(cè)距(Time-of-Flight)、三角測(cè)距(Triangulation),、手持雷射(Handhold Laser),、結(jié)構(gòu)光源(Structured Lighting)和調(diào)變光(Modulated Lighting)等等。

第3頁(yè)：小型3D掃描儀即將上市

小型3D掃描儀即將上市

MakerBot似乎在推廣3D打印事業(yè)上做出了不少貢獻(xiàn)，近來(lái)一家名為Matterform的企業(yè)正準(zhǔn)備生產(chǎn)一種簡(jiǎn)單,、小型的3D掃描儀,，作為3D打印機(jī)的互補(bǔ)出現(xiàn)在市場(chǎng)上，這家公司已經(jīng)為此在Indiegogo上發(fā)布了籌款項(xiàng)目,。

Photon 3D掃描儀

這款名為Photon的3D掃描儀合起來(lái)的時(shí)候尺寸與普通打印機(jī)無(wú)異,，打 開(kāi)后就會(huì)見(jiàn)到承載掃描物體的平臺(tái)。機(jī)器運(yùn)作過(guò)程中,，圓形托盤(pán)會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng),，機(jī)身上裝載的攝像頭和激光會(huì)開(kāi)始掃描收集該物體的外形數(shù)據(jù)，耗時(shí)約3分鐘,。

Photon 3D掃描儀

這款3D掃描儀最大能夠掃描9.75英寸高,、7.5英寸寬(約24.77×19.05cm)的物體，參與發(fā)起的籌款項(xiàng)目中,，購(gòu)買(mǎi)這款設(shè)備需要392美元(約合人民幣2438元),。當(dāng)然除了這臺(tái)設(shè)備外，Matterform還為此推出了配套的掃描軟件,。Matterform的目標(biāo)是造出更為易用的掃描儀產(chǎn)品,，進(jìn)一步促進(jìn)3D打印的普及。

因?yàn)榇蟛糠钟脩?hù)無(wú)法自行構(gòu)建物體模型,，所以3D打印自然也會(huì)受阻,。而如果能將3D打印機(jī)與掃描儀配合使用，就能完成許多小型簡(jiǎn)單物體的復(fù)制工作,，也為家用或手工制品提供很好的助力,。Matterform表示，最早一批的Photon將于7月份出貨,，前提是籌款至少要到80000美元的目標(biāo),，離此籌款項(xiàng)目結(jié)束還有32天，目前還需要60000美元,。

　　小結(jié)：三維掃描系統(tǒng)是集光,、機(jī)、電和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的高新技術(shù),，是對(duì)物體空間外形和結(jié)構(gòu)及色彩進(jìn)行掃描,，以獲得物體表面的空間坐標(biāo)。它的重要意義在于能夠?qū)��?shí)物的立體信息轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能直接處理的數(shù)字,。三維掃描系統(tǒng)可以用于建筑和土木工程,、加工工業(yè)和數(shù)字工廠、檢測(cè)和逆向工程,、歷史遺產(chǎn)恢復(fù)工程,、取證和事故現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用等場(chǎng)合,。與三維打印機(jī)技術(shù)相結(jié)合，可以將數(shù)據(jù)真實(shí)化,，為科學(xué)研究,、數(shù)據(jù)分析，以及我們的生活帶來(lái)便利,。更多3D掃描儀資訊請(qǐng)關(guān)注納金網(wǎng)http://www.narkii.com/